高海拔地區(qū)與平原地區(qū)早發(fā)性脊柱側凸患者心肺功能和血氣分析的對比研究

潘愛星 劉暢 海涌 張揚璞 張耀申 楊晉才

國際脊柱側凸研究學會 ( International Scoliosis Research Society，ISSG) 定義早發(fā)性脊柱側凸 ( early onset scoliosis，EOS) 為 10 歲以內(nèi)發(fā)病的各種類型脊柱側凸[1]。EOS 的危害不僅表現(xiàn)為患者外觀的異常，更重要的是限制了患者的胸廓發(fā)育，往往導致胸廓功能不全綜合征 ( thoracic insufficiency syndrome，TIS)，影響患者心肺功能[2]。高海拔地區(qū)因其低氧、低氣壓、低氣溫等特殊環(huán)境對人體呼吸及循環(huán)系統(tǒng)產(chǎn)生重要影響，如肺通氣量增加、心排血量增加、肺血管收縮等代償反應[3-5]。目前有關海拔對 EOS 患者心肺功能影響的研究較少，本研究收集 2013 年 6 月至 2017 年 6 月，于我院手術治療的41 例 EOS 患者的臨床資料，通過比較高海拔地區(qū)與平原地區(qū) EOS 患者的心肺功能及血氣分析的差異，分析海拔對此類患者循環(huán)和呼吸系統(tǒng)的影響。報告如下。

資料與方法

一、納入與排除標準

1. 納入標準：( 1) 長期居住于海拔＞3000 m 的高海拔地區(qū)或＜1000 m 的平原地區(qū)診斷為 EOS 的患者；( 2) 脊柱全長 X 線片顯示脊柱側凸以胸彎為主；( 3) 患者 Cobb’s 角＞45° 且進行性加重者。

2. 排除標準：( 1) 患先天性心臟疾病者；( 2) 不能夠配合并完善心臟彩超、肺功能及血氣分析檢查者；( 3) 脊柱影像資料不完整者。

二、臨床資料

本組共納入 41 例，其中來自高海拔地區(qū)患者14 例，平原地區(qū)患者 27 例，患者平均年齡 8.46 歲。納入患者信息見表1。

表1 患者一般信息Tab.1 Patient information

三、研究方法

所有患者均完善脊柱全長正側位 X 線片、心臟彩超、肺功能和血氣分析檢查。用 Cobb’s 法評估主胸彎 Cobb’s 角及胸椎后凸角。收集患者心臟彩超指標：包括升主動脈內(nèi)徑 ( aorta ascendens inner diameter，AAID)、肺動脈內(nèi)徑 ( pulmonary artery internal dimension，PAID)、左心室舒張末內(nèi)徑 ( left ventricular end diastolic diameter，LVEDD)、左心室收縮末內(nèi)徑 ( left ventricular end systolic dimension，LVISD)、左室射血分數(shù) ( left ventricular ejection fraction，LVEF)、右心室基底內(nèi)徑 ( right ventricle basal diameter，RVBD)、左心房前后徑 ( left atrium longitudinal diameter，LALD)、左心房左右徑 ( left atrium left-right diameter，LALRD)、左心房上下徑( left atrium vertical diameter，LAVD)、右心房左右徑( right atrium left-right diameter，RALRD)、右心房上下徑 ( right atrium vertical diameter，RAVD)、室間隔厚度 ( interventricular septum thickness，IVST)、室間隔運動幅度 ( interventricular septum extent，IVSE)、左室舒張早期血流充盈峰值流速 ( E 峰)、舒張晚期充盈峰值流速 ( A 峰)。肺功能指標包括：靜息肺容量 ( vital capacity，VC)、用力肺活量 ( forced vital capacity，F(xiàn)VC)、最大通氣量 ( maximal voluntary ventilation，MVV)、第 1 s 用力呼氣流速 ( forced expiratory volume in 1 second，F(xiàn)EV1) 及其占預計值的百分比。血氣分析指標含：二氧化碳分壓 ( pCO2)、氧分壓 ( pO2)、血氧飽和度 ( SO2%)、血細胞比容( Hct)、總血紅蛋白 ( Hb)。

四、統(tǒng)計學處理

結 果

高海拔地區(qū)患者平均年齡與平原地區(qū)患者平均年齡相比差異無統(tǒng)計學意義 (P＞0.05)。高海拔患者身高、體重均小于平原患者，差異有統(tǒng)計學意義 (P＜0.05)，但是兩組患者體質(zhì)量指數(shù) ( body mass index，BMI) 差異無統(tǒng)計學意義 (P＞0.05)。在影像學表現(xiàn)上，兩組患者平均 Cobb’s 角為 98.10°，胸椎后凸為 74.06°，兩組患者之間脊柱畸形程度差異無統(tǒng)計學意義 (P＞0.05)。兩組患者胸彎均以右側彎曲為主，左側凸比例分別為 28.57% 和 25.93%，差異無統(tǒng)計學意義 (P＞0.05) ( 表2)。高海拔組患者特發(fā)性脊柱側凸 10 例，先天性脊柱側凸 4 例；平原組患者特發(fā)性脊柱側凸 20 例，先天性脊柱側凸 5 例，神經(jīng)肌肉型脊柱側凸 2 例。特發(fā)性脊柱側凸診斷比例兩組差異無統(tǒng)計學意義 (P＞0.05)。

患者心臟超聲檢查結果見表3，高海拔地區(qū)患者 IVST 小于平原地區(qū)患者，差異有統(tǒng)計學意義 (P＜0.05)。其余心臟彩超指標差異無統(tǒng)計學意義，且均在正常范圍。肺功能檢查結果見表4，高海拔患者VC、MVV、FVC 和 FEV1 均小于平原患者，差異有統(tǒng)計學意義 (P＜0.05)。兩組患者 FVC / 預計值 %平均為 ( 73.91±15.74) % 和 ( 73.00±23.31) %，F(xiàn)EV1 / 預計值 % 平均為 ( 74.4±15.56) % 和 ( 70.77±22.48) %，表現(xiàn)為輕度限制和阻塞性通氣障礙。血氣分析結果見表5，高海拔患者血細胞比容 ( 40.92±3.34) % 高于平原患者 ( 38.16±2.83) %，差異有統(tǒng)計學意義 (P＜0.05)；高海拔患者血紅蛋白 ( 137.4±10.4) g / L 高于平原患者 ( 127.9±9.2) g / L，差異有統(tǒng)計學意義 ( P＜0.05)；兩組患者 pCO2、pO2和 SO2%差異無統(tǒng)計學意義 ( P＞0.05)。

表2 高海拔地區(qū)患者與平原地區(qū)患者身高、體重和脊柱側、后凸 Cobb’s 角的比較Tab.2 Height, weight and Cobb angles between patients in high attitude and fl at areas

表3 高海拔地區(qū)患者與平原地區(qū)患者心臟彩超指標的比較Tab.3 Heart doppler ultrasound parameters between patients in high attitude and fl at areas

表4 高海拔地區(qū)患者與平原地區(qū)患者肺功能指標的比較Tab.4 Pulmonary function parameters between patients in high attitude and fl at areas

表5 高海拔地區(qū)患者與平原地區(qū)患者血氣分析的比較Tab.5 Blood gas analysis results between patients in high attitude and fl at areas

討 論

以胸彎為主的脊柱側凸因胸椎側凸和旋轉導致左右胸廓不對稱，胸腔容積下降，從而限制了患者心肺功能的發(fā)育。研究表明，10 歲以前是兒童胸廓和肺泡發(fā)育的關鍵時期，其中胸廓容積在 10 歲時能夠達到成人的 50%，肺泡數(shù)量則幾乎達到成人水平[6]。5 歲前兒童 T1～12脊柱以每年平均 2.2 cm 的速度生長，遠高于其它生長發(fā)育時期[7]。因此，EOS患者正處于胸廓和肺泡發(fā)育的關鍵時期。

EOS 患者肺組織處于迅速發(fā)育的階段，因而脊柱和胸廓畸形有可能導致真性肺發(fā)育不良[8]。目前多數(shù)學者認為脊柱側凸對肺功能的影響是機械性的。Tsiligiannis 等[9]認為脊柱側凸將改變胸腔臟器的位置、影響肋骨進行正常呼吸運動導致限制性通氣障礙。Campbell 等[2]指出先天性脊柱側凸伴并肋畸形者將引起胸廓三維畸形，限制肺和氣道發(fā)育，導致 TIS。但也有研究認為 EOS 患者肺組織發(fā)育受累是影響肺功能的主要因素，而不是機械壓迫[10]。在 Davies 等[11]和 Berend 等[12]的 EOS 患者肺部尸解報告中發(fā)現(xiàn)所有的肺泡形態(tài)正常，肺泡并未受胸廓的擠壓而壓縮變小，但是總體肺泡數(shù)量減小，肺泡體積代償性增大。

Koumbourlis[13]和 Belaise 等[14]全面闡述了脊柱側凸對呼吸和循環(huán)系統(tǒng)的影響，他認為脊柱側凸畸形減小胸腔容積，限制患者運動能力，改變呼吸形式 ( 胸式呼吸受限，腹式呼吸代償增加)，并且心血管受壓和變形、肺動脈壓力增高，引起通氣 / 血流比失平衡，從而使患者處于呼吸和心臟衰竭的危險之中。

暴露于高原環(huán)境下的人群，通過調(diào)動一系列代償性低氧調(diào)節(jié)反應，恢復穩(wěn)態(tài)，維持其生存能力，這一過程稱為高原習服。而經(jīng)過數(shù)代自然選擇與進化，將習服于高原環(huán)境的這一性狀通過遺傳物質(zhì)固定下來并可遺傳給下一代，這一現(xiàn)象稱為高原適應。海拔每升高 100 m，大氣壓就下降 5 mm Hg( 1 mm Hg＝0.133 kPa)，大氣氧濃度保持不變，因而氧分壓亦隨之下降 1 mm Hg 左右。在海平面水平，平均氧分壓 ( pO2) 為 150 mm Hg，在 3000～5500 m氧分壓就降到 80～100 mm Hg。人體對高海拔低壓性缺氧環(huán)境的習服包括肺通氣增高、順應性增大、肺血灌注增多、紅細胞增多、血液黏度增高、氧離曲線右移、肺動脈壓輕度上升等。眾多研究均表明，高海拔地區(qū)人群肺血管收縮、肌層肥厚，繼而引起肺動脈高壓、右心室肥厚等改變，同時，海拔高度與 Hb 水平呈正相關，人體 Hb 水平隨海拔升高而升高[15-18]。

本研究納入的高海拔地區(qū)與平原地區(qū) EOS 患者均以胸彎為主彎，所有患者主彎 Cobb’s 角度＞45°。兩組患者在側、后凸嚴重程度和側凸方向上基本一致，且均以特發(fā)性脊柱側凸為主。心臟彩超檢查結果顯示高海拔地區(qū)患者 IVST 小于平原地區(qū)患者，兩組患者其余心臟彩超指標均在正常范圍內(nèi)且無明顯差異。高海拔 EOS 患者心臟結構尚未受到地理環(huán)境產(chǎn)生明顯改變?？傮w上，兩組患者在心臟無先天發(fā)育異常的情況下，心臟結構和功能基本未受地理環(huán)境和脊柱畸形的影響。

在肺功能檢查方面，兩組患者 FVC / 預計值 %和 FEV1 / 預計值 % 的均值＜80%，表現(xiàn)為輕度限制和阻塞性通氣障礙，表明脊柱和胸廓畸形影響了患者正常呼吸運動和氣道通氣。其中高海拔 EOS 患者VC、MVV、FVC 和 FEV1 顯著小于平原地區(qū)患者，其原因可能與以下因素相關：首先，高海拔地區(qū)低壓缺氧環(huán)境使患者呼吸頻率加快，呼吸肌負荷增加，最終導致呼吸肌疲勞；再者，高海拔地區(qū)低溫嚴寒環(huán)境使小氣道收縮、通氣阻力增加；最后，高海拔患者因其特殊的生存環(huán)境，營養(yǎng)狀況較差，身高和體重明顯小于平原地區(qū)患者，從而使胸廓容積小，VC、MVV 降低。當然，本研究缺乏高海拔 EOS患者與當?shù)赝g正常兒童肺功能的對比，既往亦無可參考數(shù)據(jù)，故目前尚不能排除肺功能各參數(shù)的下降是否受脊柱畸形的影響。

脊柱畸形常合并胸廓畸形、胸腔容積減少、膈肌功能受限等，導致肺實質(zhì)受壓、肺膨脹障礙及順應性下降，進而引起患者氣促、活動能力下降，長期惡性循環(huán)，則可能會導致肺動脈高壓，甚至呼吸衰竭、肺心病等[19]。因此，臨床中應注重評估 EOS患者肺功能，尤其是對高海拔地區(qū)術前已經(jīng)存在肺功能減弱的患者。研究表明術前肺功能障礙將增加患者圍術期呼吸系統(tǒng)并發(fā)癥的發(fā)生率[20-22]，如肺炎、呼吸功能不全、肺不張等。對于此類患者建議術前進行吹氣球等鍛煉，以改善呼吸功能[23]，提高手術安全性，減少術后并發(fā)癥，必要時進行多學科會診。

綜上所述，本研究通過對比高海拔地區(qū)與平原地區(qū) EOS 患者的心、肺功能和血氣分析，發(fā)現(xiàn)高海拔地區(qū)患者肺功能較差，血紅蛋白含量較高，但心臟功能無顯著差別。脊柱外科醫(yī)生在進行 EOS 術前評估及圍術期管理方面應尤其注重對高海拔地區(qū)患者肺功能的評價，若存在潛在風險應及時干預，提高手術療效和安全性。